JP4134925B2 - Manufacturing method of glass substrate for information recording medium - Google Patents
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本発明は内周端面および外周端面の少なくとも一方を面取り形状とした情報記録媒体用ガラス基板(以下、単に「ガラス基板」と記すことがある)の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a glass substrate for an information recording medium (hereinafter, simply referred to as “glass substrate”) in which at least one of an inner peripheral end surface and an outer peripheral end surface is chamfered.
大量の情報を高速に書き込み及び読み出しできる情報記録媒体として、いわゆるハードディスクが用いられている。このハードディスクの基板として、平滑性や硬度などに優れるガラス基板が従来のアルミニウム基板に代わって近年広く使用されるようになってきている。このようなガラス基板の従来の製造工程を図5に示す(例えば特許文献1)。 A so-called hard disk is used as an information recording medium capable of writing and reading a large amount of information at high speed. As a substrate for this hard disk, a glass substrate excellent in smoothness and hardness has been widely used in recent years in place of a conventional aluminum substrate. A conventional manufacturing process of such a glass substrate is shown in FIG. 5 (for example, Patent Document 1).
まず、ガラス素材を溶融し(ガラス溶融工程)、溶融ガラスを下型に流し込み、上型によってプレス成形する(プレス成形工程)。プレス成形工程においては一般に、図6に示すような方法が採用されている。同図(a)〜(c)に示すように、平面形状を有する成形面を備えた上型11および下型12によって、溶融ガラス3を所定厚みにプレス成形する。ここで、ガラス基板の外径を規制するためのリング状外径規制枠を上型・下型間に介設し、成形されるガラス基板前駆体13の外径を規制してもよい。
First, a glass material is melted (glass melting step), the molten glass is poured into a lower mold, and press-molded with an upper mold (press molding process). In the press molding process, a method as shown in FIG. 6 is generally adopted. As shown in FIGS. 3A to 3C, the
そしてプレス成形されたガラス基板前駆体13は結晶化またはアニ−ルされ、冷却される(結晶化工程またはアニール工程)。冷却されたガラス基板前駆体13は、必要によりコアドリル等で中心部に孔が開けられる(コアリング工程)。そして、第1ラッピング工程において、ガラス基板の両表面が研削加工され、ガラス基板の全体形状、すなわちガラス基板の平行度、平坦度および厚みが予備調整される。次に、ガラス基板の外周端面および内周端面が研削され面取りされて、ガラス基板の外径寸法および真円度、孔の内径寸法、並びにガラス基板と孔との同心度が微調整された後(内・外径精密加工工程)、ガラス基板の外周端面および内周端面が研磨されて微細なキズ等が除去される(端面研磨加工工程)。次に、ガラス基板の両表面が再び研削加工されて、ガラス基板の平行度、平坦度および厚みが微調整される(第2ラッピング工程)。そしてガラス基板の両表面が研磨加工され、表面の凹凸が均一にされる(ポリッシング工程)。ガラス基板の両表面は必要により粒度の異なる研磨材を用いてさらに研磨加工される(第2ポリッシング工程)。そして最後に、ガラス基板は洗浄および検査され、ハードディスク用のガラス基板として出荷される。
このように従来の方法では、例えば内・外周端面の加工に研削と研磨という2工程が必要であり、全体的に製造工程数が多く煩雑で製造効率が悪かった。また、ハードディスク基板を搭載する機器の小型・軽量化に伴って、ガラス基板の小径化が進みつつあるところ、小径のガラス基板を製造するには、例えば中央孔を空けるコアドリルを小径のものにしなければならない等、従来に比べ製造治具が小さくなるため作業が難しくなり、従来の同じ製造工程では製造効率が不可避的に低下する。 As described above, in the conventional method, for example, two steps of grinding and polishing are required for processing the inner and outer peripheral end faces, and the number of manufacturing steps is generally large and the manufacturing efficiency is poor. In addition, as the diameter of glass substrates is becoming smaller and smaller with the reduction in the size and weight of devices equipped with hard disk substrates, in order to manufacture small-diameter glass substrates, for example, a core drill that opens a central hole must be made small-diameter. For example, it is difficult to work because the manufacturing jig is smaller than the conventional one, and the manufacturing efficiency is inevitably lowered in the same conventional manufacturing process.
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものでり、その目的とするところは、中央孔を有し、内周端面および外周端面を面取り形状とした情報記録媒体用ガラス基板の製造方法において、製造工程数を少なくし、小径のガラス基板であっても高い効率で製造できるようにすることにある。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to manufacture a glass substrate for an information recording medium having a central hole and having a chamfered inner peripheral end surface and outer peripheral end surface. In the method, the number of manufacturing steps is reduced so that even a small-diameter glass substrate can be manufactured with high efficiency.
本発明者等は前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、金型成形による成形体の寸法精度は高く、また金型成形による成形体の表面性状は、研磨した場合のそれと同程度以上であるとの知見を得、プレス成形によって最終形状にできるだけ近い形状にするのがよいとの着想に基づき本発明をなすに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have high dimensional accuracy of the molded body by mold molding, and the surface property of the molded body by mold molding is equal to or higher than that when polished. Based on the idea that the shape should be as close as possible to the final shape by press molding, the present invention has been made.
すなわち、本発明に係る情報記録媒体用ガラス基板の製造方法は、円柱状の穴の底面中央に円柱体が垂設された金型を用いて溶融ガラスをプレス成形して、中央に貫通孔が形成された円筒状成形体を成形する工程と、前記円筒状成形体を軸方向に対して垂直に切断して所定厚さのプリフォーム材に分割する工程と、前記プリフォーム材の外周端面および内周端面が接触する成形面が面取り形状とされた金型に、前記プリフォーム材を設置し、加熱成形する工程とを有することを特徴とする。
That is, in the method for manufacturing a glass substrate for information recording media according to the present invention, a molten glass is press-molded using a mold having a cylindrical body suspended at the center of the bottom of a cylindrical hole, and a through-hole is formed at the center. A step of molding the formed cylindrical molded body, a step of cutting the cylindrical molded body perpendicularly to the axial direction and dividing it into a preform material having a predetermined thickness, an outer peripheral end surface of the preform material, and And a step of heat-molding the preform material in a mold having a chamfered molding surface with which the inner peripheral end surface comes into contact.
本発明に係る情報記録媒体用ガラス基板の製造方法では、従来は作製できなかった孔空きプリフォーム材を、円筒状成形体を薄く切断することによって作製し、このプリフォーム材をいわゆる再加熱法によって最終形状とするので、従来は必要であったラッピングやポリッシングなどの製造工程が不要となり、製造効率が大幅に向上できる。 In the method for producing a glass substrate for an information recording medium according to the present invention, a perforated preform material that could not be produced conventionally is produced by thinly cutting a cylindrical molded body, and this preform material is so-called reheating method. Therefore, the manufacturing process such as lapping and polishing, which has been necessary in the past, is unnecessary, and the manufacturing efficiency can be greatly improved.
以下、本発明に係るガラス基板の製造方法について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, although the manufacturing method of the glass substrate which concerns on this invention is demonstrated based on figures, this invention is not limited to these embodiment at all.
図1は、第1の発明に係るガラス基板の製造方法の一例を示す工程図である。なお、従来の製造方法と比べて削除できる工程部分を破線で示している(図3においても同じ)。まず、ガラス素材を溶融する(ガラス溶融工程)。使用するガラス素材に特に限定はなく、リチウム・アルミノシリケート系ガラスやマグネシウム・アルミノシリケート系ガラス、ホウケイ酸系ガラスなどのガラス素材を、得ようとするガラス基板の所望の形態(結晶化ガラスまたは非晶質ガラス)に応じて適宜選択して用いればよい。 FIG. 1 is a process diagram showing an example of a method for producing a glass substrate according to the first invention. In addition, the process part which can be deleted compared with the conventional manufacturing method is shown with the broken line (same also in FIG. 3). First, a glass material is melted (glass melting step). The glass material to be used is not particularly limited, and a glass material such as lithium / aluminosilicate glass, magnesium / aluminosilicate glass, or borosilicate glass is obtained in a desired form (crystallized glass or non-crystallized glass). It may be selected and used as appropriate according to the crystalline glass.
次に、一定量の溶融ガラスを下型に滴下あるいは流し込み、溶融ガラスを上型で押圧してプレス成形する(プレス成形工程)。ここで図2に示すように下型2は、平板状の基部21と、基部21の上面に取り付けられた側部22,23と、側部22,23によって形成された貫通孔25と同軸状に、基部21の上面に垂設された円柱体24とを備える。貫通孔25の内周壁は、ガラス基板の外周端面の面取り形状に対応する成形面が軸方向に連続して形成されている。また側部を構成する右側部22と左側部23とはそれぞれ図の左右方向に移動可能である。
Next, a certain amount of molten glass is dropped or poured into the lower mold, and the molten glass is pressed by the upper mold to be press molded (press molding process). Here, as shown in FIG. 2, the
図2(a)に示すように、貫通孔25とその底部をなす基部21とによって有底穴が形成され、この有底穴に溶融ガラス3が流し込まれる。そして、有底穴と嵌合し得る上型1によって押圧された後(同図(b))、右側部22と左側部23とがそれぞれ左右方向に移動し、外周面に面取り形状が軸方向に連続し、中央に貫通孔41が形成されたガラス基板前駆体4が取り出される(同図(c))。
As shown in FIG. 2A, a bottomed hole is formed by the through hole 25 and the base portion 21 forming the bottom thereof, and the
ここで、形成する面取り形状に特に限定はなく、ガラス基板の用途などから適宜決定すればよいが、面取り形状の傾斜面角度は一般に30〜60°の範囲が好ましく、その厚さ方向の幅はガラス基板の厚さに対して1/4〜1/3の範囲が好ましい。また、製造効率や成形性などの観点から、ガラス基板前駆体4の厚さはガラス基板を10〜20枚重ねた程度の厚さであるのが好ましい。そしてまた、プレス成形条件としては、従来の製造方法における成形条件と同様の成形条件を採用することができ、例えばプレス圧は20〜100kg/cm2、プレス時間は0.3〜2.0secの範囲が推奨される。
Here, the chamfered shape to be formed is not particularly limited, and may be appropriately determined from the use of the glass substrate, but the inclined surface angle of the chamfered shape is generally preferably in the range of 30 to 60 °, and the width in the thickness direction is The range of 1/4 to 1/3 is preferable with respect to the thickness of the glass substrate. In addition, from the viewpoint of manufacturing efficiency, moldability, and the like, the thickness of the
そして次に、図1及び図2(d)に示すように、プレス成形されたガラス基板前駆体4を結晶化処理またはアニール処理する。結晶化処理及びアニール処理のいずれを行うかは、得ようとするガラス基板の形態(結晶質または非晶質)に依存する。すなわち結晶性ガラス基板を得たい場合には結晶化処理を行い、非晶質ガラス基板を得たい場合にはアニール処理を行う。
Then, as shown in FIGS. 1 and 2D, the press-molded
結晶化処理およびアニール処理の方法は、従来の製造方法における結晶化処理およびアニール処理の方法と同様の方法を用いることができる。例えば結晶化処理を行う場合には通常、(ガラス転移点Tg+50℃)〜(Tg+300℃)までガラス基板前駆体を加熱した後、一定温度を保持する、あるいは温度制御しながらTg付近まで徐冷し、それ以降は放冷する。ここで加熱温度や保持時間、Tgまでの冷却速度などを適宜選択することによって、熱膨張率やヤング率、結晶化度などのガラス基板の諸物性を調整できる。一方、アニール処理を行う場合には通常、Tg付近で一定時間保持後、歪点まで比較的遅い冷却速度で冷却し、その後比較的速い冷却速度で冷却する。 As the crystallization treatment and annealing treatment, the same method as the crystallization treatment and annealing treatment in the conventional manufacturing method can be used. For example, when a crystallization treatment is performed, the glass substrate precursor is usually heated from (glass transition point Tg + 50 ° C.) to (Tg + 300 ° C.) and then gradually cooled to near Tg while maintaining a constant temperature or controlling the temperature. After that, let cool. Here, various properties of the glass substrate such as a coefficient of thermal expansion, a Young's modulus, and a degree of crystallinity can be adjusted by appropriately selecting the heating temperature, the holding time, the cooling rate to Tg, and the like. On the other hand, in the case of performing an annealing treatment, usually, after holding for a certain time in the vicinity of Tg, the strain point is cooled at a relatively slow cooling rate, and then cooled at a relatively fast cooling rate.
次に、図2(e)に示すように、ダイヤモンドカッタCを用いてガラス基板前駆体4を所定厚さに切断してガラス基板5’とする。このガラス基板5’では、プレス成形によって中央孔51が形成され、さらに外周端面52が面取り形状とされているので、従来は必要であったコアリング工程、外径についての精密加工工程および端面研磨加工工程(いずれも図5に図示)を、本件発明の製造方法では省略することができ生産効率が格段に向上する。なお、切断するガラス基板5’の厚みは、ガラス基板の用途や後工程で切削・研磨をさらに行うかどうかなどを考慮して適宜決定すればよく、一般に0.1〜1.0mmの範囲が好ましい。切断方法としてレーザ切断法やウォータジェット切断法などを用いてももちろん構わない。
Next, as shown in FIG. 2E, the
図1に戻って、ガラス基板前駆体4から切断・分離されたガラス基板5’に対して第1ラッピング処理が行われる。この第1ラッピング処理では、ガラス基板の両面が研磨されて所定の平行度、平坦度、厚みに予備調整される。ラッピング処理条件に特に限定はなく、従来公知の製造方法における処理条件をここでも採用できる。研磨材としては粒度が#600〜#2000の範囲、好ましくは#800〜#2000の範囲の固定砥粒(ダイヤペレット)や遊離砥粒(アルミナ、炭化ケイ素などのスラリー)を使用できる。またラッピング装置としては従来の公知の装置を使用でき、例えばハマイ社製やスピードファム社製の両面ラッピング装置が好適である。
Returning to FIG. 1, the first lapping process is performed on the
ガラス基板の内周端面はプレス成形で形成された面であるが、面取り形状とされていないので、次にガラス基板の内周端面を研削して面取り形状とし、ガラス基板の中央孔の内径寸法、並びにガラス基板と孔との同心度を微調整した後(内径精密加工工程)、ガラス基板の内周端面を研磨して微細なキズ等を除去する(端面研磨加工工程)。研磨処理の方法は、従来公知のポリッシング処理の方法と同じ方法を用いることができる。例えば平均一次粒子径が2μm以下の酸化セリウムなどの研磨材を用いて、表面粗さ(Ra)が1nm以下、好ましくは0.5nm以下、そして最大表面粗さ(Rmax)が20nm以下、好ましくは10nm以下まで本体部の切断面を研磨する。なお、表面粗さ(Ra)及び最大表面粗さ(Rmax)はJIS B0601に基づく平均値及び最大値である。 The inner peripheral end surface of the glass substrate is a surface formed by press molding, but it is not chamfered, so the inner peripheral end surface of the glass substrate is then ground into a chamfered shape, and the inner diameter of the central hole in the glass substrate Then, after finely adjusting the concentricity between the glass substrate and the hole (inner diameter precision machining step), the inner peripheral end surface of the glass substrate is polished to remove fine scratches (end surface polishing processing step). As the polishing method, the same method as a conventionally known polishing method can be used. For example, using an abrasive such as cerium oxide having an average primary particle size of 2 μm or less, the surface roughness (Ra) is 1 nm or less, preferably 0.5 nm or less, and the maximum surface roughness (Rmax) is 20 nm or less, preferably The cut surface of the main body is polished to 10 nm or less. The surface roughness (Ra) and the maximum surface roughness (Rmax) are an average value and a maximum value based on JIS B0601.
次いで、ガラス基板の両表面を研削加工して表面の形状精度を修正する(第2ラッピング工程)。最終的なガラス基板としての形状品質(平行度、平坦度および厚み)を達成し、同時に後述のポリッシング工程で調整可能な表面粗さおよび最大表面粗さを達成する。この第2ラッピング処理における処理条件および使用装置は、前述の第1ラッピング処理で例示したものがここでも好適に採用および使用できる。 Next, both surfaces of the glass substrate are ground to correct the surface shape accuracy (second lapping step). Shape quality (parallelism, flatness, and thickness) as a final glass substrate is achieved, and at the same time, a surface roughness and a maximum surface roughness that can be adjusted by a polishing process described later are achieved. The processing conditions and the apparatus used in the second wrapping process can be suitably adopted and used here as exemplified in the first wrapping process.
第2ラッピング処理が終わると次にポリッシング処理が行われる。すなわち、ガラス基板の両表面を研磨加工して平滑性を調整する。ポリッシング処理の方法は従来公知の方法を採用することができ、例えば内周端面の前述の研磨処理で例示した方法および基準を適用できる。ポリッシング装置としては従来公知の装置を使用でき、例えば両面ポリッシュ盤(ハマイ社製)が挙げられる。 When the second wrapping process is finished, the polishing process is performed next. That is, the smoothness is adjusted by polishing both surfaces of the glass substrate. A conventionally known method can be adopted as the polishing method, and for example, the method and reference exemplified in the above-described polishing treatment of the inner peripheral end surface can be applied. As the polishing apparatus, a conventionally known apparatus can be used. For example, a double-sided polishing machine (made by Hamai Co., Ltd.) can be used.
最後に、ポリッシング処理されたガラス基板を洗浄し検査する。洗浄工程においてはガラス基板を常温の流水にさらすなどして基板表面に付着したガラスくずなどを除去する。検査工程では、ガラス基板の平行度、平坦度、厚み、表面粗さ、最大表面粗さ、同心度、真円度、端部形状(ロールオフ)、微小ウネリ等が所望の範囲内であるかどうかが検査され、製品としてのガラス基板とされる。 Finally, the polished glass substrate is cleaned and inspected. In the cleaning process, the glass substrate adhered to the substrate surface is removed by exposing the glass substrate to running water at room temperature. In the inspection process, whether the parallelism, flatness, thickness, surface roughness, maximum surface roughness, concentricity, roundness, end shape (roll-off), minute undulation, etc. of the glass substrate are within the desired range It is inspected and made into a glass substrate as a product.
次に、もう一つの発明に係る製造方法について説明する。この発明に係る製造方法の大きな特徴は、プレス成形によって作製した円筒状成形体を薄く切断して中央孔を有するプリフォーム材を作製し、このプリフォーム材をいわゆる再加熱法によって最終形態としてのガラス基板を作製することにある。 Next, a manufacturing method according to another invention will be described. A major feature of the manufacturing method according to the present invention is that a cylindrical shaped body produced by press molding is thinly cut to produce a preform material having a central hole, and this preform material is used as a final form by a so-called reheating method. It is to produce a glass substrate.
図3に、この発明に係る製造方法の一例を示す工程図を示す。なお、前述の製造方法と異なる工程を中心に以下説明する。ガラス素材を溶融した後(ガラス溶融工程)、溶融ガラスを成形用金型でプレス成形する。図4に示すように、この発明の製造方法ではプレス成形工程において、円柱状の穴61の底面中央に円柱体62が垂設された下型6に、一定量の溶融ガラス3を滴下あるいは流し込み(同図(a))、穴61に嵌合し得る上型1で溶融ガラス3を押圧してプレス成形する(同図(b))。これにより溶融ガラス3は、中央に貫通孔71が形成された円筒状成形体7に成形される(同図(c))。なお、製造効率や成形性などの観点から、円筒状成形体7の高さはガラス基板を10〜20枚重ねた程度の厚さであるのが好ましい。また、プレス成形条件としては、従来の製造方法における成形条件と同様の成形条件を採用することができ、例えばプレス圧は20〜100kg/cm2、プレス時間は0.3〜2.0secの範囲が推奨される。
FIG. 3 is a process chart showing an example of the manufacturing method according to the present invention. In addition, it demonstrates below centering on a process different from the above-mentioned manufacturing method. After melting the glass material (glass melting step), the molten glass is press-molded with a molding die. As shown in FIG. 4, in the manufacturing method of the present invention, in a press molding process, a certain amount of
そして次に、図3及び図4(d)に示すように、作製された円筒状成形体7を結晶化処理またはアニール処理する。結晶化処理及びアニール処理のいずれを行うかは、得ようとするガラス基板の形態(結晶質または非晶質)に依存する。すなわち結晶性ガラス基板を得たい場合には結晶化処理を行い、非晶質ガラス基板を得たい場合にはアニール処理を行う。結晶化処理およびアニール処理の具体的方法は、前述の方法がここでも例示される。
Then, as shown in FIGS. 3 and 4D, the produced cylindrical molded
次に、図4(e)に示すように、ダイヤモンドカッタCを用いて円筒状成形体7を所定厚さに切断してプリフォーム材8とする。これにより、従来は作製できていなかった、中央孔81が形成されたプリフォーム材8を作製でき、後述する再加熱法により中央孔を有するガラス基板を作製できるようになる。なお、切断するプリフォーム材8の厚みは、製造するガラス基板の大きさや厚みなどを考慮して適宜決定すればよく、一般に0.1〜1.0mmの範囲が好ましい。切断方法としてレーザ切断法やウォータジェット切断法などを用いてももちろん構わない。
Next, as shown in FIG. 4 (e), the cylindrical shaped
そして、プリフォーム材8の内周端面および外周端面が接触する成形面が面取り形状とされている他、最終の製品形状に対応した成形面とされた金型91,92に、前記作製されたプリフォーム材8を設置する(同図(f))。そしてプリフォーム材8を加熱して軟化状態にするとともに加圧して所定形状のガラス基板5を作製する(同図(g)、(h))。前述のように、金型による成形品は寸法精度が高く、またその表面性状は、研磨した場合のそれと同程度以上であるので、このようにして再加熱成形したガラス基板5は、その後洗浄するだけで直ちに製品となる。すなわち、従来は必要であった内外径精密加工や端面研磨加工、ラッピング、ポリッシングの各工程(いずれも図5に図示)が原則として不要となり、本発明の製造方法では製造効率が格段に向上するのである。もちろん、必要によりラッピング処理やポリッシング処理を行っても構わない。ラッピング処理およびポリッシング処理の具体的方法は、前述の方法がここでも同様に例示される。
In addition to the chamfered shape of the molding surface where the inner peripheral end surface and the outer peripheral end surface of the
1 上型
2 下型
3 溶融ガラス
4 ガラス基板前駆体
5,5’ ガラス基板
6 下型
7 円筒状成形体
8 プリフォーム材
21 基部
22 右側部
23 左側部
24 円柱体
25 貫通孔
41 貫通孔
61 穴
62 円柱体
71 貫通孔
81 中央孔
91 上型
92 下型
DESCRIPTION OF
Claims (1)
円柱状の穴の底面中央に円柱体が垂設された金型を用いて溶融ガラスをプレス成形して、中央に貫通孔が形成された円筒状成形体を成形する工程と、前記円筒状成形体を軸方向に対して垂直に切断して所定厚さのプリフォーム材に分割する工程と、前記プリフォーム材の外周端面および内周端面が接触する成形面が面取り形状とされた金型に、前記プリフォーム材を設置し、加熱成形する工程とを有することを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。 A method for producing a glass substrate for an information recording medium having a central hole and having a chamfered inner peripheral end surface and outer peripheral end surface,
A step of press-molding molten glass using a mold in which a cylindrical body is suspended at the center of the bottom surface of a cylindrical hole to form a cylindrical molded body having a through-hole formed in the center; and the cylindrical molding A step of cutting the body perpendicularly to the axial direction and dividing it into a preform material having a predetermined thickness; and a mold in which the outer peripheral end surface and the inner peripheral end surface of the preform material are chamfered A method of manufacturing a glass substrate for an information recording medium , comprising: a step of installing the preform material and performing heat molding .
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